pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

52
PENGARUH TEKANAN UDARA TERHADAP SIFAT PEMBAKARAN MINYAK RESIDU MENGGUNAKAN VAPORIZING BURNER UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : PUNTO ARI PRABAWA NIM : I 1404026 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

Upload: truongtuyen

Post on 14-Dec-2016

238 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

PENGARUH TEKANAN UDARA

TERHADAP SIFAT PEMBAKARAN MINYAK RESIDU

MENGGUNAKAN VAPORIZING BURNER

UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh

PUNTO ARI PRABAWA NIM I 1404026

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2010

ii

PENGARUH TEKANAN UDARA

TERHADAP SIFAT PEMBAKARAN MINYAK RESIDU

MENGGUNAKAN VAPORIZING BURNER

UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM

Disusun oleh

PUNTO ARI PRABAWA NIM I 1404026

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Joko Triyono STMT

Wahyu Purwo Rahardjo STMT NIP 19690625 1997 02 001 NIP 19720229 2000 12 1001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu tanggal 12 Mei 2010

1 Suyitno STMTDr Tech NIP 19740902 2001 12 1002 2 Eko Prasetya Budiyana STMT NIP 19710926 1999 03 1002 3 Santoso Ir MEngSc NIP 19450824 1980 12 1001

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir

Dody Ariawan STMT

Syamsul Hadi STMT NIP 19730804 1999 03 1003 NIP 19710615 1998 02 1002

iii

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk Peleburan Aluminium

Punto Ari Prabawa

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta Indonesia

abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak residu dan untuk mengetahui air-fuel ratio pembakaran Energi panas hasil pembakaran minyak residu dimanfaatkan untuk mencairkan aluminium Pembakaran minyak residu menggunakan vaporizing burner dengan 4 variasi tekanan udara (2 3 4 dan 5 bar) Tekanan udara dialirkan dari kompresor Komposisi bahan bakar 100 minyak residu dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 5 bar Dalam uji pembakaran panjang api diamati secara visual dan diukur secara manual Evaluasi penggunaan energi minyak residu sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati dalam hal temperatur dalam tungku komsumsi bahan bakar dan lama waktu alumunium mencair Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang akan menaikkan nilai air-fuel-ratio actual (AFR)act Dengan semakin meningkatnya tekanan udara panjang nyala api semakin meningkat Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar dengan panjang 070 meter dengan nyala api yang stabil dan tidak menghasilkan banyak asap Temperatur optimum mencapai 1345 degC di daerah pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar Kata kunci minyak residu tekanan udara vaporizing burner air-fuel-ratio

pengecoran aluminium

iv

The Air Pressure Effect to The Combustion Properties Of Residual Oil Fuel Using Vaporizing Burner For Aluminium Casting

Punto Ari Prabawa

Mechanical Engineering Sebelas Maret University of Surakarta Indonesia

abstract

The aim of this research is to investigate the effect of air pressure to

combustion properties of residual oil fuel and the air-fuel ratio The heat energy resulted by the combustion is used for aluminium casting

The residual oil fuel combustion used vaporizing burner with 4 variations of air pressure 2 3 4 and 5 bars The air pressure was supllied by air compressor The fuel composition is 100 residual oil and the fuel pressure is kept constant on 5 bars In combustion test the flame length is observed visually and measured manually The energy usage evaluation of the residual oil for aluminium casting fuel is observed in the case of inner furnace temperature fuel consumption and time depth to melt The result of the research indicated that the increasing of air pressure will improve the density of the air that will enhance the actual Air-Fuel Ratio (AFR)act With the increasing of air pressure will improve the flame length The best flame profile happens at 4 bar air pressure with 070 metre length with stable flame and there are not much smoke In the furnace (area A) the optimum temperature was 1345 degC at 4 bar air pressure The increasing of air pressure will improve the actual air-fuel-ratio (AFR)act Keywords residual oil air pressure vaporizing burner air-fuel ratio aluminium

casting

v

MOTTO

ldquoBukankah Kami telah melapangkan untukmu dadamu Dan Kami telah menghilangkan dari padamu bebanmu yang memberatkan punggungmu Dan

Kami tinggikan bagimu sebutan (nama)mu Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharaprdquo (QS Alam Nasyrah 1-8)

ldquoSesungguhnya orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal-amal saleh mereka diberi petunjuk oleh Tuhan mereka karena keimanannya di bawah mereka mengalir sungai-sungai di dalam surga yang penuh kenikmatanrdquo

(QS Yunus 9)

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini dipersembahkan kepada beliau-beliau yang telah

membantu dengan tulus beliau adalah

1 Ayah dan Ibu yang telah membimbing secara moral dan material Terima

kasih atas dukungan yang telah diberikan selama ini

2 Bapak Joko Triyono ST MT dan Bapak Wahyu Purwo R ST MT yang

telah membimbing tanpa rasa letih dan selalu memberi pengarahan yang

begitu berharga

3 Bapak Suyitno ST MT Dr Tech Bapak Eko Prasetya Budiyana ST

MT dan Bapak Santoso Ir MEngSc selaku dosen penguji yang selalu

memberi saran dan kritik yang sangat berharga dan membangun

4 Teman-teman teknik mesin Non Reguler dan Reguler yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membantu kelancaran penulis menyelesaikan Tugas

Akhir ini

5 Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah

bersama memberi pengalaman yang berarti memberikan nasehat serta

dukungan dalam kehidupan penulis)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 2: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

ii

PENGARUH TEKANAN UDARA

TERHADAP SIFAT PEMBAKARAN MINYAK RESIDU

MENGGUNAKAN VAPORIZING BURNER

UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM

Disusun oleh

PUNTO ARI PRABAWA NIM I 1404026

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Joko Triyono STMT

Wahyu Purwo Rahardjo STMT NIP 19690625 1997 02 001 NIP 19720229 2000 12 1001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu tanggal 12 Mei 2010

1 Suyitno STMTDr Tech NIP 19740902 2001 12 1002 2 Eko Prasetya Budiyana STMT NIP 19710926 1999 03 1002 3 Santoso Ir MEngSc NIP 19450824 1980 12 1001

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir

Dody Ariawan STMT

Syamsul Hadi STMT NIP 19730804 1999 03 1003 NIP 19710615 1998 02 1002

iii

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk Peleburan Aluminium

Punto Ari Prabawa

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta Indonesia

abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak residu dan untuk mengetahui air-fuel ratio pembakaran Energi panas hasil pembakaran minyak residu dimanfaatkan untuk mencairkan aluminium Pembakaran minyak residu menggunakan vaporizing burner dengan 4 variasi tekanan udara (2 3 4 dan 5 bar) Tekanan udara dialirkan dari kompresor Komposisi bahan bakar 100 minyak residu dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 5 bar Dalam uji pembakaran panjang api diamati secara visual dan diukur secara manual Evaluasi penggunaan energi minyak residu sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati dalam hal temperatur dalam tungku komsumsi bahan bakar dan lama waktu alumunium mencair Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang akan menaikkan nilai air-fuel-ratio actual (AFR)act Dengan semakin meningkatnya tekanan udara panjang nyala api semakin meningkat Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar dengan panjang 070 meter dengan nyala api yang stabil dan tidak menghasilkan banyak asap Temperatur optimum mencapai 1345 degC di daerah pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar Kata kunci minyak residu tekanan udara vaporizing burner air-fuel-ratio

pengecoran aluminium

iv

The Air Pressure Effect to The Combustion Properties Of Residual Oil Fuel Using Vaporizing Burner For Aluminium Casting

Punto Ari Prabawa

Mechanical Engineering Sebelas Maret University of Surakarta Indonesia

abstract

The aim of this research is to investigate the effect of air pressure to

combustion properties of residual oil fuel and the air-fuel ratio The heat energy resulted by the combustion is used for aluminium casting

The residual oil fuel combustion used vaporizing burner with 4 variations of air pressure 2 3 4 and 5 bars The air pressure was supllied by air compressor The fuel composition is 100 residual oil and the fuel pressure is kept constant on 5 bars In combustion test the flame length is observed visually and measured manually The energy usage evaluation of the residual oil for aluminium casting fuel is observed in the case of inner furnace temperature fuel consumption and time depth to melt The result of the research indicated that the increasing of air pressure will improve the density of the air that will enhance the actual Air-Fuel Ratio (AFR)act With the increasing of air pressure will improve the flame length The best flame profile happens at 4 bar air pressure with 070 metre length with stable flame and there are not much smoke In the furnace (area A) the optimum temperature was 1345 degC at 4 bar air pressure The increasing of air pressure will improve the actual air-fuel-ratio (AFR)act Keywords residual oil air pressure vaporizing burner air-fuel ratio aluminium

casting

v

MOTTO

ldquoBukankah Kami telah melapangkan untukmu dadamu Dan Kami telah menghilangkan dari padamu bebanmu yang memberatkan punggungmu Dan

Kami tinggikan bagimu sebutan (nama)mu Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharaprdquo (QS Alam Nasyrah 1-8)

ldquoSesungguhnya orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal-amal saleh mereka diberi petunjuk oleh Tuhan mereka karena keimanannya di bawah mereka mengalir sungai-sungai di dalam surga yang penuh kenikmatanrdquo

(QS Yunus 9)

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini dipersembahkan kepada beliau-beliau yang telah

membantu dengan tulus beliau adalah

1 Ayah dan Ibu yang telah membimbing secara moral dan material Terima

kasih atas dukungan yang telah diberikan selama ini

2 Bapak Joko Triyono ST MT dan Bapak Wahyu Purwo R ST MT yang

telah membimbing tanpa rasa letih dan selalu memberi pengarahan yang

begitu berharga

3 Bapak Suyitno ST MT Dr Tech Bapak Eko Prasetya Budiyana ST

MT dan Bapak Santoso Ir MEngSc selaku dosen penguji yang selalu

memberi saran dan kritik yang sangat berharga dan membangun

4 Teman-teman teknik mesin Non Reguler dan Reguler yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membantu kelancaran penulis menyelesaikan Tugas

Akhir ini

5 Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah

bersama memberi pengalaman yang berarti memberikan nasehat serta

dukungan dalam kehidupan penulis)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 3: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

iii

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk Peleburan Aluminium

Punto Ari Prabawa

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta Indonesia

abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak residu dan untuk mengetahui air-fuel ratio pembakaran Energi panas hasil pembakaran minyak residu dimanfaatkan untuk mencairkan aluminium Pembakaran minyak residu menggunakan vaporizing burner dengan 4 variasi tekanan udara (2 3 4 dan 5 bar) Tekanan udara dialirkan dari kompresor Komposisi bahan bakar 100 minyak residu dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 5 bar Dalam uji pembakaran panjang api diamati secara visual dan diukur secara manual Evaluasi penggunaan energi minyak residu sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati dalam hal temperatur dalam tungku komsumsi bahan bakar dan lama waktu alumunium mencair Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang akan menaikkan nilai air-fuel-ratio actual (AFR)act Dengan semakin meningkatnya tekanan udara panjang nyala api semakin meningkat Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar dengan panjang 070 meter dengan nyala api yang stabil dan tidak menghasilkan banyak asap Temperatur optimum mencapai 1345 degC di daerah pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar Kata kunci minyak residu tekanan udara vaporizing burner air-fuel-ratio

pengecoran aluminium

iv

The Air Pressure Effect to The Combustion Properties Of Residual Oil Fuel Using Vaporizing Burner For Aluminium Casting

Punto Ari Prabawa

Mechanical Engineering Sebelas Maret University of Surakarta Indonesia

abstract

The aim of this research is to investigate the effect of air pressure to

combustion properties of residual oil fuel and the air-fuel ratio The heat energy resulted by the combustion is used for aluminium casting

The residual oil fuel combustion used vaporizing burner with 4 variations of air pressure 2 3 4 and 5 bars The air pressure was supllied by air compressor The fuel composition is 100 residual oil and the fuel pressure is kept constant on 5 bars In combustion test the flame length is observed visually and measured manually The energy usage evaluation of the residual oil for aluminium casting fuel is observed in the case of inner furnace temperature fuel consumption and time depth to melt The result of the research indicated that the increasing of air pressure will improve the density of the air that will enhance the actual Air-Fuel Ratio (AFR)act With the increasing of air pressure will improve the flame length The best flame profile happens at 4 bar air pressure with 070 metre length with stable flame and there are not much smoke In the furnace (area A) the optimum temperature was 1345 degC at 4 bar air pressure The increasing of air pressure will improve the actual air-fuel-ratio (AFR)act Keywords residual oil air pressure vaporizing burner air-fuel ratio aluminium

casting

v

MOTTO

ldquoBukankah Kami telah melapangkan untukmu dadamu Dan Kami telah menghilangkan dari padamu bebanmu yang memberatkan punggungmu Dan

Kami tinggikan bagimu sebutan (nama)mu Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharaprdquo (QS Alam Nasyrah 1-8)

ldquoSesungguhnya orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal-amal saleh mereka diberi petunjuk oleh Tuhan mereka karena keimanannya di bawah mereka mengalir sungai-sungai di dalam surga yang penuh kenikmatanrdquo

(QS Yunus 9)

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini dipersembahkan kepada beliau-beliau yang telah

membantu dengan tulus beliau adalah

1 Ayah dan Ibu yang telah membimbing secara moral dan material Terima

kasih atas dukungan yang telah diberikan selama ini

2 Bapak Joko Triyono ST MT dan Bapak Wahyu Purwo R ST MT yang

telah membimbing tanpa rasa letih dan selalu memberi pengarahan yang

begitu berharga

3 Bapak Suyitno ST MT Dr Tech Bapak Eko Prasetya Budiyana ST

MT dan Bapak Santoso Ir MEngSc selaku dosen penguji yang selalu

memberi saran dan kritik yang sangat berharga dan membangun

4 Teman-teman teknik mesin Non Reguler dan Reguler yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membantu kelancaran penulis menyelesaikan Tugas

Akhir ini

5 Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah

bersama memberi pengalaman yang berarti memberikan nasehat serta

dukungan dalam kehidupan penulis)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 4: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

iv

The Air Pressure Effect to The Combustion Properties Of Residual Oil Fuel Using Vaporizing Burner For Aluminium Casting

Punto Ari Prabawa

Mechanical Engineering Sebelas Maret University of Surakarta Indonesia

abstract

The aim of this research is to investigate the effect of air pressure to

combustion properties of residual oil fuel and the air-fuel ratio The heat energy resulted by the combustion is used for aluminium casting

The residual oil fuel combustion used vaporizing burner with 4 variations of air pressure 2 3 4 and 5 bars The air pressure was supllied by air compressor The fuel composition is 100 residual oil and the fuel pressure is kept constant on 5 bars In combustion test the flame length is observed visually and measured manually The energy usage evaluation of the residual oil for aluminium casting fuel is observed in the case of inner furnace temperature fuel consumption and time depth to melt The result of the research indicated that the increasing of air pressure will improve the density of the air that will enhance the actual Air-Fuel Ratio (AFR)act With the increasing of air pressure will improve the flame length The best flame profile happens at 4 bar air pressure with 070 metre length with stable flame and there are not much smoke In the furnace (area A) the optimum temperature was 1345 degC at 4 bar air pressure The increasing of air pressure will improve the actual air-fuel-ratio (AFR)act Keywords residual oil air pressure vaporizing burner air-fuel ratio aluminium

casting

v

MOTTO

ldquoBukankah Kami telah melapangkan untukmu dadamu Dan Kami telah menghilangkan dari padamu bebanmu yang memberatkan punggungmu Dan

Kami tinggikan bagimu sebutan (nama)mu Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharaprdquo (QS Alam Nasyrah 1-8)

ldquoSesungguhnya orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal-amal saleh mereka diberi petunjuk oleh Tuhan mereka karena keimanannya di bawah mereka mengalir sungai-sungai di dalam surga yang penuh kenikmatanrdquo

(QS Yunus 9)

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini dipersembahkan kepada beliau-beliau yang telah

membantu dengan tulus beliau adalah

1 Ayah dan Ibu yang telah membimbing secara moral dan material Terima

kasih atas dukungan yang telah diberikan selama ini

2 Bapak Joko Triyono ST MT dan Bapak Wahyu Purwo R ST MT yang

telah membimbing tanpa rasa letih dan selalu memberi pengarahan yang

begitu berharga

3 Bapak Suyitno ST MT Dr Tech Bapak Eko Prasetya Budiyana ST

MT dan Bapak Santoso Ir MEngSc selaku dosen penguji yang selalu

memberi saran dan kritik yang sangat berharga dan membangun

4 Teman-teman teknik mesin Non Reguler dan Reguler yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membantu kelancaran penulis menyelesaikan Tugas

Akhir ini

5 Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah

bersama memberi pengalaman yang berarti memberikan nasehat serta

dukungan dalam kehidupan penulis)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 5: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

v

MOTTO

ldquoBukankah Kami telah melapangkan untukmu dadamu Dan Kami telah menghilangkan dari padamu bebanmu yang memberatkan punggungmu Dan

Kami tinggikan bagimu sebutan (nama)mu Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharaprdquo (QS Alam Nasyrah 1-8)

ldquoSesungguhnya orang-orang yang beriman dan mengerjakan amal-amal saleh mereka diberi petunjuk oleh Tuhan mereka karena keimanannya di bawah mereka mengalir sungai-sungai di dalam surga yang penuh kenikmatanrdquo

(QS Yunus 9)

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini dipersembahkan kepada beliau-beliau yang telah

membantu dengan tulus beliau adalah

1 Ayah dan Ibu yang telah membimbing secara moral dan material Terima

kasih atas dukungan yang telah diberikan selama ini

2 Bapak Joko Triyono ST MT dan Bapak Wahyu Purwo R ST MT yang

telah membimbing tanpa rasa letih dan selalu memberi pengarahan yang

begitu berharga

3 Bapak Suyitno ST MT Dr Tech Bapak Eko Prasetya Budiyana ST

MT dan Bapak Santoso Ir MEngSc selaku dosen penguji yang selalu

memberi saran dan kritik yang sangat berharga dan membangun

4 Teman-teman teknik mesin Non Reguler dan Reguler yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membantu kelancaran penulis menyelesaikan Tugas

Akhir ini

5 Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah

bersama memberi pengalaman yang berarti memberikan nasehat serta

dukungan dalam kehidupan penulis)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 6: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini dipersembahkan kepada beliau-beliau yang telah

membantu dengan tulus beliau adalah

1 Ayah dan Ibu yang telah membimbing secara moral dan material Terima

kasih atas dukungan yang telah diberikan selama ini

2 Bapak Joko Triyono ST MT dan Bapak Wahyu Purwo R ST MT yang

telah membimbing tanpa rasa letih dan selalu memberi pengarahan yang

begitu berharga

3 Bapak Suyitno ST MT Dr Tech Bapak Eko Prasetya Budiyana ST

MT dan Bapak Santoso Ir MEngSc selaku dosen penguji yang selalu

memberi saran dan kritik yang sangat berharga dan membangun

4 Teman-teman teknik mesin Non Reguler dan Reguler yang telah bersedia

meluangkan waktu untuk membantu kelancaran penulis menyelesaikan Tugas

Akhir ini

5 Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah

bersama memberi pengalaman yang berarti memberikan nasehat serta

dukungan dalam kehidupan penulis)

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 7: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

vii

KATA PENGANTAR

Assalamursquoalaikum Wr Wb

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Subhanahu wa tarsquoala atas

segala karunia dan hidayahNya yang selalu menjaga dan menguatkan keikhlasan

hati kami Sholawat serta salam tetap tercurahkan kepada junjungan Nabi besar

Muhammad Shalallahursquoalaihi wa sallam

Tugas Akhir kami yang berjudul ldquoPengaruh Tekanan Udara Terhadap

Sifat Pembakaran Minyak Residu Menggunakan Vaporizing Burner Untuk

Peleburan Aluminiumrdquo merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana teknik

Penyelesaian Tugas Akhir ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan

tanpa bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung ataupun tidak

langsung Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan

rasa terimakasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini terutama kepada

1 Bapak Dody Ariawan ST MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta

2 Bapak Joko Triyono ST MT selaku Pembimbing I atas bimbingannya

hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3 Bapak Wahyu PurwoR ST MT selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis

4 Bapak Teguh Triyono ST MT selaku dosen Pembimbing Akademik

yang telah dengan sabar selalu memberikan bimbingan dan pengarahan

dalam kuliah

5 Bapak Syamsul Hadi ST MT selaku koordinator Tugas Akhir

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 8: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

viii

6 Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah turut

mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1

7 Ayah Ibu dan keluarga kami atas linangan air mata dalam setiap dorsquoa

jerih payah dan segala dukungannya untuk keberhasilan studi kami

8 Rekan - rekan Teknik Mesin Rony W Febrian Eko YP Joksus Jasjus

Mulyantara Andhika Ali Adi Nugroho Eko Boly Blink Danang

Ngadiman Yogik Abadi Dony Himawan Marlon Andri Didin Agus

Nuri Anjar BG Sony Budoyo Hengky Dian Permana Plenying Pak

Slamet

9 Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah

membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini

Tidak lepas dari segala kekurangan dan kekhilafan kami menyadari

sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini

Oleh karena itu penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca

Besar harapan kami semoga isi yang terkandung dalam Tugas Akhir ini

dapat memberikan manfaat dan tambahan pengetahuan khususnya bagi penulis

dan bagi pembaca pada umumnya

Amin

Wassalamursquoalaikum WrWb

Surakarta Mei 2010

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 9: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul i

Halaman Pengesahan ii

Halaman Abstrak iii

Halaman Motto v

Halaman Persembahan vi

Kata Pengantar vii

Daftar Isi ix

Daftar Tabel xii

Daftar Gambar xiii

Daftar Notasi xiv

Daftar Lampiran xv

BAB I PENDAHULUAN

11 Latar Belakang 1

12 Batasan Masalah 2

13 Perumusan Masalah 2

14 Tujuan Penelitian 2

15 Manfaat Penelitian 3

16 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka 4

22 Landasan Teori 5

221 Bahan Bakar 5

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair 6

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair 7

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar 8

225 Alat Bakar (Burner) 8

2251 Vaporizing Burner 8

2252 Steam Air Atomizing Burner 9

2253 Pengabutan Tekan 10

2254 Pengabutan Putar helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 10

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 10: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

x

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran 11

227 Laju Aliran Massa dan Volume 14

228 Tungkuhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 14

229 Aluminium 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian 16

32 Bahan Penelitian 17

33 Alat Penelitian 17

331 Peralatan yang Digunakan Dalam Penelitian 17

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set 19

34Prosedur Penelitian 20

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Burner 20

342 Pengukuran Tekanan Udara 21

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar 21

344 Pengukuran Panjang Nyala Api 21

345 Pengukuran Temperatur di dalam Ruang Tungku

Pencairan Logam 21

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium

di dalam Tungku 22

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar 23

BAB IV DATA DAN ANALISA

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api 24

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan

Aluminium 25

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar 27

44 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur Dalam

Tungku 28

45 Perhitungan AFRact (Air Fuel Ratio) actual dan Bilangan

Reynolds 30

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

452 Perhitungan Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act helliphelliphelliphellip 31

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 11: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

xi

BAB V PENUTUP

51 Kesimpulan 35

52 Saran 35

Daftar Pustaka 36

Lampiran 38

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 12: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu 17 Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara 24 Tabel 42 Data Waktu Pencairan Aluminium helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara hellip 27 Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphellip 29 Tabel 45 Data Tekanan Udara dan Debit Udara 30 Tabel 46 Perhitungan AFR act Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi Tekanan Udarahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 13: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 21 Vaporizing Burner 9 Gambar 22 Alat Bakar tipe Air Atomizing Burner 10 Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure Atomizing Burner 10 Gambar 24 Horizontal Rotary Cup 11 Gambar 31 Diagram Alir Penelitian 16 Gambar 32a Minyak Residu 17 Gambar 32b Aluminium 17 Gambar 33 Peralatan Penelitian 18 Gambar 34 Burner Set 18 Gambar 35 Skema Burner Set 19 Gambar 36 Nosel 20 Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium 22 Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair 23 Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium 26 Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar 28 Gambar 43 Grafik Temperatur Tungku 30 Gambar 44 Grafik Reynolds Number 31 Gambar 45 Grafik AFRact 34

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 14: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

xiv

DAFTAR NOTASI

AFR = air fuel ratio

micro = Viskositas (Nm2)

ρ = Massa Jenis

Re = Bilangan Reynolds

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 15: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

- Data hasil pengujian pemeriksaan bahan bakar (minyak residu)

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia

Universitas Gajah Mada Yogyakarta

- Perhitungan Air-Fuel Ratio Pembakaran Minyak Residu

- Pengambilan Data

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 16: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

1

BAB I

PENDAHULUAN

11 Latar Belakang

Aluminium merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari karena karakteristiknya yang ringan kuat dan tahan korosi

Penggunaannya secara luas dalam bidang otomotif rangka pesawat terbang kabel

listrik kaleng minuman rangka dan furniture rumah tangga Pengolahan

aluminium mentah membutuhkan biaya relatif mahal meliputi pemurnian bauksit

untuk memperoleh alumina murni dan peleburan atau reduksi alumina dengan

proses elektrolisis Untuk menghemat biaya pengolahan aluminium perlu

dilakukan pengolahan yang relatif lebih murah yaitu dengan melakukan

remelting atau peleburan ulang

Peleburan aluminium scrap di industri besar pada umumnya menggunakan

tungku induksi sedangkan untuk industri kecil dan menengah menggunakan

tungku yang dilengkapi alat bakar (burner) Bahan bakar yang biasa dipakai

adalah minyak tanah (kerosene) Pertengahan tahun 2007 Pemerintah Indonesia

melakukan kebijakan konversi energi yaitu dari minyak tanah menjadi elpiji yang

mengakibatkan minyak tanah langka di pasaran dan harganya mahal Untuk

menghemat penggunaan minyak tanah dan menekan biaya produksi maka

diperlukan penggunaan bahan bakar lain yang harganya lebih murah yaitu dengan

pemanfaatan bahan limbah berupa minyak residu atau minyak bakar (fuel oil)

Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak

tanah atau solar Dalam penelitian ini digunakan minyak residu murni (100)

sebagai bahan bakar cair vaporizing burner dan digunakan untuk mencairkan

aluminium

Alat bakar yang digunakan untuk mengetahui karakteristik pembakaran

bahan bakar cair yakni burner yang berfungsi untuk mengatomisasi bahan bakar

agar mudah terbakar Teknik vaporasi adalah yang paling cocok untuk bahan

bakar minyak ringan (lightfuel oil) sedangkan untuk minyak yang mempunyai

viskositas tinggi diperlukan pemanasan awal atau atomisasi dari minyak ke dalam

aliran udara dengan menggunakan atomizing burner (Muin 1988)

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 17: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

2

Karakteristik pembakaran bahan bakar cair sangat dipengaruhi oleh

kondisi aliran udara dan jumlah kebutuhan udara untuk pembakaran Kecepatan

udara terlalu tinggi akan menurunkan temperatur pembakaran tetapi sebaliknya

dengan kecepatan udara berkurang maka pembakaran yang seragam sulit tercapai

Oleh karena itu diperlukan campuran udara dan bahan bakar (Air-Fuel Ratio)

yang sesuai agar tercapai pembakaran yang optimal

12 Batasan Masalah

Agar dalam penelitian ini lebih terarah dan tidak menimbulkan

permasalahan yang terlalu komplek maka perlu adanya batasan masalah sebagai

berikut

a Minyak residu 100 sebagai bahan bakar

b Tekanan bahan bakar tetap sebesar 5 bar

c Debit bahan bakar tetap sebesar 32 x10-6m3s

d Tipe burner yang dipakai adalah vaporizing burner

e Logam yang dicairkan adalah aluminium seberat 10 kg

f Variasi tekanan udara 2 3 4 dan 5 bar

13 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan batasan masalah yang telah diuraikan

maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut

Bagaimanakah pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang nyala api temperatur di dalam tungku konsumsi

bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai aluminium mencair

14 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yakni

a Mengetahui pengaruh tekanan udara terhadap pembakaran minyak

residu yang meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam

tungku konsumsi bahan bakar dan waktu yang dibutuhkan sampai

aluminium mencair

b Mengetahui air-fuel ratio pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 18: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

3

15 Manfaat Penelitian

a Mengembangkan pengetahuan tentang pemanfaatan bahan limbah

berupa minyak residu menjadi bahan bakar untuk proses peleburan

logam

b Sebagai upaya untuk menghemat bahan bakar terutama bahan bakar

fosil

c Minyak residu dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk

burner pada industri pengecoran logam (aluminium tembaga

kuningan besi cor)

16 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut

a BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang masalah batasan

masalah perumusan masalah tujuan penelitian manfaat penelitian

dan sistematika penulisan

b BAB II DASAR TEORI berisi tinjauan pustaka dan dasar teori

c BAB III METODE PENELITIAN berisi diagram alir penelitian waktu

dan tempat penelitian bahan penelitian alat yang digunakan dan

prosedur penelitian

d BAB IV DATA DAN ANALISIS berisi data hasil pengujian dan

analisis data hasil pengujian

e BAB V PENUTUP berisi kesimpulan penelitian dan saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 19: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

4

BAB II

DASAR TEORI

21 Tinjauan Pustaka

Oliver (2005) melakukan eksperimen pembakaran oli bekas untuk

peleburan aluminium Peralatan yang digunakan tangki bahan bakar (575 gallon

= 38 liter) blower alat bakar (burner) tipe G2 vaporizing burner Tungku yang

digunakan steel crucible berdiameter dalam 6 inci (15 cm) dan mampu memuat 12

pound (54 kg) aluminium cair Hasil eksperimen menunjukkan nyala api yang

dihasilkan burner sepanjang 2 feet (60 cm) terbentuk asap yang sedikit warna

nyala api berwarna kuning keputih-putihan (yellowish white) Sekrap aluminium

dapat mencair dan dituang dalam cetakan berbentuk balok seberat 5 pound (23

kg) (wwwbackyardmetalcastingcom)

Supriyanto (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh kecepatan

udara terhadap pembakaran oli bekas dan untuk mengetahui Air-Fuel Ratio

pembakaran Energi panas hasil pembakaran oli bekas dimanfaatkan untuk

mencairkan aluminium Pembakaran oli bekas menggunakan air-atomizing

burner dengan 7 variasi kecepatan udara (0 2 4 6 8 10 dan 12 ms) Kecepatan

udara dialirkan oleh blower Komposisi bahan bakar 70 oli bekas 30 minyak

tanah dan tekanan bahan bakar dijaga konstan 2 bar Dalam uji pembakaran

panjang dan warna nyala api diamati secara visual dan diukur secara manual serta

temperatur nyala api diukur pada daerah pangkal tengah dan ujung Evaluasi

penggunaan energi oli bekas sebagai bahan bakar peleburan aluminium diamati

dalam hal temperatur dalam tungku konsumsi bahan bakar dan lama waktu

aluminium mencair

Sujono dkk (2002) mengemukakan bahwa parameter yang

mempengaruhi karakteristik pembakaran bahan bakar cair adalah kondisi bentuk

aliran udara yang masuk ke ruang bakar dan kecepatan injeksi bahan bakar Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan udara sekunder pada kondisi

AFR (Air-Fuel Ratio) dengan kecepatan udara primer konstan akan menaikkan

temperatur maksimum hasil pembakaran dan panjang nyala api cenderung

berkurang Sedangkan kecepatan udara sekunder pada kondisi laju aliran massa

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 20: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

5

bahan bakar dengan kecepatan udara primer konstan akan mengakibatkan

perubahan temperatur maksimum yang tidak linear dan panjang api berkurang

secara drastis

22 Landasan Teori

221 Bahan Bakar

Borman (1998) bahan bakar adalah suatu substansi yang ketika

dipanaskan akan mengalami reaksi kimia dengan pengoksidasi (oksigen) yang

terkandung di dalam udara dan dapat melepaskan panas atau energi Bahan bakar

diklasifikasikan berbentuk gas (gaseous fuel) cair (liquid fuel) padat (solid fuel)

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu reaksi

oksidasi yang berlangsung sangat cepat disertai dengan pelepasan energi dalam

jumlah yang banyak Syarat terjadinya reaksi pembakaran

a Bahan bakar (fuel)

Adalah zat yang bisa dibakar untuk menghasilkan energi kalor dimana

bahan bakar yang paling banyak adalah yang berjenis hidrokarbon

b Oksidan (oxidant)

Pada prakteknya sebagai oksidan digunakan udara karena sifatnya yang

tersedia dimana-mana

c Temperaturnya lebih besar dari titik nyala (ignition temperature)

Titik nyala adalah temperatur minimum yang diperlukan untuk suatu

reaksi pembakaran pada suatu tekanan tertentu Banyak faktor yang

mempengaruhi titik nyala antara lain tekanan kecepatan material katalis

keseragaman campuran bahan bakar-udara dan sumber penyalaan Titik nyala

biasanya menurun dengan naiknya tekanan dan naik dengan kenaikan

kandungan air (moisture content)

Bahan bakar cair salah satu sumbernya adalah dari minyak mentah (crude

oil) yang diperoleh dari kegiatan penambangan Minyak bumi merupakan

campuran berbagai macam zat organik tetapi komponen pokoknya adalah

hidrokarbon Minyak bumi disebut juga minyak mineral karena diperoleh dalam

bentuk campuran dengan mineral lain Minyak bumi tidak dihasilkan dan didapat

secara langsung dari hewan atau tumbuhan melainkan dari fosil Karena itu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 21: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

6

minyak bumi dikatakan sebagai salah satu dari bahan bakar fosil yang terdapat di

lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi Crude oil tersusun dari hidrokarbon

terutama karbon 84 sulphur 3 nitrogen 5 dan oksigen 05 Untuk

mendapatkan bahan bakar yang bermacam-macam sesuai densitasnya maka crude

oil memerlukan proses lebih lanjut yaitu proses distilasi fraksi cracking

reforming dan impurity removal

222 Karakteristik Bahan Bakar Cair

a Nilai kalor (heating value) adalah kalor atau energi yang dilepaskan oleh bahan

bakar selama terjadinya proses pembakaran sejumlah bahan bakar (Muin

1988) Nilai kalor atas (high heating value) adalah kalor yang dihasilkan oleh

pembakaran sempurna 1 kilogram atau salah satu satuan berat bahan bakar

padat atau cair atau 1 meter kubik atau 1 satuan volume bahan bakar gas pada

tekanan tetap suhu 25degC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair

setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali Nilai kalor bawah (low

heating value) adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangi kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar untuk menguap pada

25degC dan tekanan tetap

b Specific Gravity adalah perbandingan antara densitas bahan bakar dengan

densitas air pada temperatur yang sama (Borman 1998)

SGf = wr

r f (21)

Dimana SGf = Spesific Gravity bahan bakar

ρf = Densitas bahan bakar (kgm3)

ρw = Densitas bahan air (kgm3)

c Viskositas adalah ukuran kemampuan alir suatu fluida Viskositas bahan bakar

cair diindikasikan dengan kemampuan bahan bakar tersebut untuk dapat

dipompa dan diatomisasi Viskositas bahan bakar cair akan menurun dengan

peningkatan temperatur

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 22: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

7

d Flash point adalah temperatur minimum fluida pada waktu uap yang keluar

dari permukaan fluida langsung akan terbakar dengan sendirinya oleh udara di

sekelilingnya

e Fire point adalah temperatur diatas permukaan fluida pada waktu uap yang

keluar akan terbakar secara kontinyu bila api didekatkan padanya

f Titik didih (boiling point) adalah temperatur dimana bahan bakar cair mulai

mendidih pada tekanan atmosfer

g Titik lumer (pour point) adalah temperatur terendah dimana suatu minyak

masih dapat mengalir

223 Pembakaran Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair lebih sulit terbakar dibandingkan dengan bahan bakar gas

alam sebab bahan bakar cair harus diubah menjadi gas terlebih dulu untuk dapat

bereaksi dengan oksigen Bahan bakar cair yang kental (viskositas tinggi) perlu

terlebih dahulu dipanaskan Pemanasan bahan bakar cair dimaksudkan untuk

menguapkannya (berbentuk gas) sehingga mudah tercampur dengan udara dan

dapat dicapai pembakaran sempurna (Muin 1988)

Sebelum proses pembakaran seluruh combustible matter dalam bahan

bakar cair harus diubah menjadi uap atau gas dan kemudian bahan bakar tersebut

harus bercampur udara (oksigen) untuk pembakaran Penguapan bahan bakar cair

dapat dilakukan melalui proses atomisasi atau pengabutan yaitu dengan membuat

butiran cairan yang halus dalam fasa gas Semakin kecil ukuran butiran cairan

maka proses penguapan akan semakin cepat dan luas permukaan akan meningkat

mengakibatkan semakin banyak luas permukaan bakan bakar cair yang kontak

dengan udara (Borman 1998)

Proses pembakaran dari semburan bahan bakar cair melalui tahap-tahap

sebagai berikut

a Pemanasan partikel kecil bahan bakar (droplet) dan penguapan komponen-

komponen bertitik didih rendah

b Penyalaan volatile di sekeliling droplet

c Dekomposisi termal pendidihan dan pembekakan droplet

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 23: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

8

d Dekomposisi termal dari droplet berlanjut selama nyala api pada volatile masih

berlanjut

e Residu karbon terbakar pada permukaan dengan laju pembakaran sekitar 110

laju pembakaran

224 Minyak Residu Sebagai Bahan Bakar

Minyak residu atau minyak bakar (Marine Fuel Oil) didefinisikan sebagai

minyak yang diperoleh dari penyulingan minyak bumi baik sebagai suatu hasil

penyulingan atau suatu residu (wwwwikipediacom) Biasanya warna dari minyak

residu ini adalah hitam chrom Selain itu minyak residu lebih pekat dibandingkan

dengan minyak diesel Secara umum kegunaan minyak residu adalah untuk bahan

bakar pengapian langsung pada industri-industri besar PLTU dan juga digunakan

sebagai salah satu alternatif bahan bakar pada industri menengah kecil lainnya

Jadi jelas bahwa penggunaan minyak residu sebagai bahan bakar dapat dikatakan

sebagai alternatif untuk penanganan limbah akhir dari minyak bumi menjadi lebih

bermanfaat dan memerlukan penanganan yang tepat agar tidak menimbulkan

kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan

225 Alat Bakar (Burner) Pembakaran bahan bakar cair diperlukan suatu proses penguapan atau

proses atomisasi Hal ini diperlukan untuk mendapatkan campuran dengan udara

pembakaran yang baik pada saat pembakaran berlangsung Salah satu alat yang

dapat digunakan untuk melakukan proses pembakaran bahan bakar cair adalah

alat bakar (burner)

2251 Vaporizing burner

Burner jenis ini menggunakan panas dari api untuk menguapkan bahan

bakar secara terus menerus Cara kerja dari burner jenis ini adalah dengan

memanaskan minyak bakar yang dialirkan ke koil pemanas Panas diperoleh dari

radiasi lidah api yang diselubungi oleh koil Uap bahan bakar yang terbentuk

kemudian disemprotkan oleh nosel dengan tekanan yang sama dengan tekanan

minyak cair Setelah keluar dari nosel uap bahan bakar akan bercampur dengan

udara dan terbakar membentuk lidah api (torch) Burner jenis ini pada umumnya

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 24: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

9

dibuat dengan kapasitas 30-40 literjam dengan tekanan bahan bakar 05-35

kgcm2

Gambar 21 Vaporizing Burner

(Curtis A 2001)

2252 Burner pengabutan semprotan uapudara (steamair atomizing burner)

Burner jenis ini dibedakan berdasarkan tekanan pengabutan yaitu burner

dengan atomisasi tekanan tinggi (Gambar 22a ) dan burner dengan atomisasi

tekanan rendah (gambar 22b) Pada jenis pertama proses atomisasi menggunakan

uap atau udara bertekanan tinggi dari injector atau venture Tekanan uap atau

udara yang digunakan sebesar 3-12 kgcm2 Sedangkan pada jenis yang kedua

proses atomisasi menggunakan udara bertekanan rendah yaitu antara 001-05

kgcm2 dengan tekanan bahan bakar 05-15 kgcm2 Namun cara kerja dari

keduanya sama Secara sederhana cara kerja dari burner jenis ini adalah sebagai

berikut minyak bakar lewat lubang saluran di tengah-tengah pembakar yang

jumlah pengalirannya diatur oleh klep jarum Udara atau uap dialirkan melalui

pipa yang konsentris dengan lubang saluran minyak bakar yang terletak pada

mulut pembakar Pada ujung pipa ini terdapat lubang-lubang semprot Minyak

bakar yang baru saja keluar dari lubang salurannya dipecah-pecah menjadi

butiran-butiran kabut minyak bakar tepat di depan mulut pembakar (burner)

Lubang-lubang untuk keluarnya udara atau uap arahnya dibuat tangensial

terhadap berkas minyak bakar yang keluar dari lubang salurannya Hal ini akan

menimbulkan pusaran (swirl) campuran minyak bakar dan udara di depan mulut

burner Gaya sentrifugal yang timbul akibat dari pusaran campuran minyak bakar

dan udara akan membantu proses pengabutan Sehingga akan diperoleh nyala api

yang pendek dengan diameter yang besar

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 25: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

10

(a) (b)

Gambar 22 Alat bakar tipe Air Atomizing Burner (a) High Pressure AirSteam

Atomizing Burner (b) Low Pressure AirSteam Atomizing Burner

(Curtis A 2001)

2253 Pengabutan tekan (mechanicaloil pressure atomizing burner)

Pengabutan tekan dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada

minyak bakar melalui lubang-lubang pengabut yang sangat kecil Tekanan yang

diberikan pada minyak bakar antara 20-25 kgcm2 Tekanan ini berasal dari

pompa bertekanan tinggi Minyak bakar yang keluar dari mulut pembakar berupa

kerucut kabut minyak bakar yang berpusar Burner jenis ini dapat digunakan

untuk semua jenis bahan bakar cair Tetapi untuk minyak dengan viskositas tinggi

perlu dilakukan proses pemanasan mula untuk menurunkan viskositasnya Burner

ini biasanya digunakan pada ketel tungku-tungku dengan kapasitas besar dan

dioperasikan secara manualotomatis

Gambar 23 Mechanical or Oil Pressure

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

2254 Burner dengan pengabutan putar (horizontal rotary-cup atomizing burner)

Prinsip kerja dari burner ini adalah dengan mencampur terlebih dahulu

bahan bakar dengan udara di dalam burner sebelum keluar sebagai kabut Minyak

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 26: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

11

bakar dialirkan masuk ke suatu ruang Di dalam ruang tersebut terdapat ujung

poros yang berlubang dan pada ujung poros yang lain terdapat mangkokan

pengabutan (spray cup) Poros berlubang dan mangkokan diputar dengan

kecepatan tinggi sekitar 3450 rpm kadang-kadang mencapai 6000 rpm Minyak

bakar akan diputar oleh mangkok untuk dikenai proses pengabutan Selanjutnya

kabut minyak bakar akan disemprotkan ke dalam tungku oleh udara penghembus

Besarnya udara penghembus ini adalah 20 dari udara yang dibutuhkan untuk

pembakaran Udara dihembuskan oleh sebuah kipas yang porosnya menjadi satu

dengan poros mangkokan

Gambar 24 Horizontal Rotary-Cup

Atomizing Burner (Curtis A 2001)

226 Udara Sebagai Salah Satu Faktor Utama Pembakaran

Muin (1988) mengemukakan pembakaran yang baik diperlukan lima

syarat yaitu

a Pencampuran reaktan secara murni

b Suplai udara yang cukup

c Suhu yang cukup untuk memulai pembakaran

d Waktu yang cukup untuk kelangsungan pembakaran

e Kerapatan yang cukup untuk merambatkan nyala api

Hal ini tidak dapat dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (aktual)

karena itu perlu dicapai pada pembakaran yang sebenarnya (excess air)

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan CO2 air dan SO2 Pada

pembakaran yang tidak sempurna disamping produk pembakaran diatas pada gas

asap akan terdapat sisa bahan bakar gas CO hidrosil (OH) aldehid (R-CHO) dan

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 27: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

12

nitrogen serta senyawa-senyawa oksida nitrat dan oksida nitrogen Semua produk

pembakaran diatas bersifat polusi kecuali H2O dan N2

Reaksi pembakaran bahan bakar merupakan reaksi kimia yang

berdasarkan pada hukum kekekalan massa yaitu bahwa jumlah massa setiap

elemen adalah sama selama reaksi kimia Jumlah total massa setiap elemen di ruas

kanan (produk) dan ruas kiri (reaktan) pada reaksi kimia harus sama Nilai

kuantitas pada analisa pembakaran untuk mengetahui jumlah udara dan bahan

bakar dinyatakan dengan Air-Fuel Ratio (AFR) yaitu perbandingan antara massa

udara dengan massa bahan bakar (Chengel 1998)

AFR = f

a

m

m = ( )( ) f

a

MtimesNMtimesN

(22)

Dimana ma = massa udara (kg)

mf = massa bahan bakar (kg)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Na = jumlah mol udara (kmol)

Nf = jumlah mol bahan bakar (kmol)

Ma = massa molar udara (kgkmol)

Mf = massa molar bahan bakar (kgkmol)

AFR digunakan untuk mengetahui rasio pembakaran udara dengan bahan

bakar (minyak residu) pada setiap variasi tekanan udara

Istanto T dan Juwana (2007) Pembakaran stoichiometri adalah

pembakaran dimana bahan bakar terbakar sempurna dengan jumlah udara teori

yaitu apabila

a Tidak ada bahan bakar yang belum terbakar (semua unsur karbon C

menjadi karbondioksida CO2 dan semua unsur hidrogen H menjadi air

H2O)

b Tidak ada oksigen di dalam produk

Penyebab proses pembakaran menjadi tak sempurna dimana ditandai

dengan terbentuknya C H2 CO OH atau yang lain dalam produk pembakaran

a Kekurangan oksigen (O2)

b Kurangnya kualitas campuran

c Terjadi dissosiasi (peruraian gas produk karena suhu tinggi)

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 28: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

13

Rumus umum untuk pembakaran stoichiometri

22222 )24

(763)2

()763)(24

( NOHCONOOHCgb

ab

agb

agba -+++reg+-++ (23)

Presentase kelebihan udara (excess-air) adalah perbandingan antara selisih

antara perbandingan udara-bahan bakar actual (AF)actual dengan perbandingan

udara-bahan bakar teoritis (AF)theory dengan perbandingan udara-bahan bakar

teoritis (AF)theory

Excess-air = ( 毗frasl )ǁǑ能( 毗)frasl Ǒ萨( 毗frasl )Ǒ萨 (24)

Dimana nilai excess-air untuk bahan bakar berupa fuel oil (minyak bakar)

berkisar antara = 3-15 (Istanto T dan Juwana W 2007)

Pembakaran yang optimum dapat terjadi ketika jumlah udara yang

sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis Analisis

kimia gas-gas merupakan metode obyektif yang dapat membantu untuk

mengontrol udara yang lebih baik dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas

buang menggunakan peralatan pencatat kontinyu atau peralatan Orsat

Pengukuran kandungan gas CO2 dalam gas buang dapat digunakan untuk

menghitung udara berlebih (excess-air) Sejumlah tertentu excess-air diperlukan

untuk pembakaran sempurna bahan bakar minyak jika terlalu banyak excess-air

mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna (wwwenergyefficiencyasiaorg)

Pencampuran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh jenis aliran udara

Untuk mengetahui jenis aliran udara dipakai suatu bilangan Reynolds Bilangan

Reynolds (Re) adalah bilangan yang dapat digunakan untuk menentukan aliran

fluida di dalam pipa (internal flow) adalah (Fox 1998)

Re = m

r DV timestimes (25)

Dimana ρ = Massa jenis fluida (kgm3)

V = Kecepatan fluida (ms)

D = Diameter pipa (m)

micro = Viskositas fluida (N sm2)

Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar Re le 2300 dan

untuk aliran turbulen Re gt 2300 Aliran turbulen membantu pada proses

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 29: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

14

pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai pembakaran

yang sempurna

Penambahan excess-air dapat meningkatkan aliran udara turbulen

sehingga akan meningkatkan pencampuran udara dan bahan bakar di ruang bakar

mengakibatkan pembakaran akan sempurna Excess-air akan mempengaruhi

jumlah gas CO pada gas buang dan kehilangan panas (heat losses) pembakaran

serta akan mempengaruhi efisiensi pembakaran (wwweinstrumentgroupcom)

227 Laju Aliran Massa dan Volume

Aliran fluida yang melalui pipa tergantung pada luas penampang pipa

densitas fluida dan kecepatan fluida Aplikasi secara praktek untuk aliran fluida

pada pipa dilakukan pendekatan sebagai aliran satu dimensi Sehingga

propertiesnya seperti temperatur tekanan massa jenis diasumsikan konstan dan

uniform di setiap titik luas penampang Jumlah massa mengalir melalui luas

penampang per satuan waktu adalah laju aliran massa dinotasikan 桂踪 Laju aliran massa dirumuskan dengan persamaan 26 (Chengel 1998)

桂踪 = ρVavgA (kgs) (26)

Dimana ρ = densitas (kgm3)

Vavg = kecepatan fluida rata-rata (ms)

A = luas penampang (m2)

Jumlah volume satuan fluida yang mengalir melalui luas penampang per

satuan waktu disebut laju aliran volume (V) dirumuskan dengan persamaan 27

踪 = Vavg A (m3s) (27)

Dimana Vavg = kecepatan rata-rata fluida (ms)

A = luas penampang (m2)

228 Tungku

Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkan logam

atau untuk memanaskan bahan dan mengubah bentuk (penempaan penggulungan)

atau mengubah sifat logam (perlakuan panas) Idealnya tungku harus memanaskan

bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan

bakar dan pekerja yang minimal Hal sangat penting dari operasi tungku yang

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 30: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

15

efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara

berlebih yang minimal (wwwenergyefficiencyasiaorg)

229 Aluminium

Aluminium terdapat melimpah di kulit bumi yaitu 76 merupakan unsur

logam yang paling banyak Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah

bauksit Namun aluminium tetap merupakan logam yang mahal karena

pengolahannya sulit meliputi pemurnian bauksit untuk memperoleh alumina

murni dan peleburanreduksi alumina dengan proses elektrolisis Proses remelting

sekrap aluminium merupakan cara yang efisien dan efektif untuk mendapatkan

logam ini karena biayanya rendah disamping itu juga untuk mengurangi jumlah

sekrap aluminium yang semakin banyak Proses remelting dilakukan di dalam

tungku induksi atau tungku yang dilengkapi burner berbahan bakar gas atau

minyak (Bala 2005) Aluminium adalah logam non ferro berwarna putih perak

dan tergolong logam ringan yang mempunyai massa jenis 235 grcm3 pada

temperatur 760˚C titik leburnya 660˚C (Surdia 2000) Sifat-sifat yang dimiliki

aluminium yaitu ringan tahan korosi tidak beracun konduktor yang baik

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 31: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

31 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan mengikuti metodologi yang secara singkat dapat

dijelaskan pada gambar 31

Gambar 31 Diagram Alir Penelitian

Ya

Tidak

Mulai

Treatment minyak residu - Minyak residu murni - Penyaringan mesh 120

Kesimpulan

Aluminium Cair

Selesai

Merangkai alat - Burner set - Tangki bahan bakar - Digital thermometer - Tungku

Burner Torch Preheating memakai elpiji sehingga mencapai

suhu 400 degC

Pengambilan Data - Variabel berubah tekanan udara

(2 3 4 dan 5 bar) - Tekanan bahan bakar tetap 5 bar

Konsumsi Bahan Bakar

Waktu Pencairan

Temperatur Ruang Tungku

Analisis Data Temperatur tungku AFRact Panjang

nyala api Konsumsi bahan bakar Waktu pencairan

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 32: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

17

32 Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan adalah minyak residu murni (gambar 32 a)

Perlakuan (treatment) terhadap minyak residu yakni disaring dengan menggunakan

mesh 120 agar kotoran dan material kecil terpisahkan Logam yang dicairkan adalah

aluminium dengan massa 10 kg (gambar 32 b)

Tabel 31 Data Hasil Pengujian Karakteristik Minyak Residu (berdasarkan hasil uji di

Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Jurusan Teknik Kimia UGM)

No Jenis Pemeriksaan Hasil Pemeriksaan Metode

Pemeriksaan

1 Spesific Gravity at 6060 ˚F 09298 ASTM D 1298

2 Conradson Carbon Residue wt 93759 ASTM D 198

3 Calorific Value calgram 10573 --

(a) (b)

Gambar 32 Bahan Penelitian (a) Minyak residu (b) Aluminium scrap

33 Alat Penelitian

331 Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas

a Alat bakar (burner set) g Penggaris ukuran 1 meter

b Tangki bahan bakar (volume=30 liter) h Anemometer

c Gas Elpiji i Stop Watch

d Air Compressor j Tool kit (obeng kunci pas tang)

e Tungku Pencairan Logam

f Digital Thermometer dual input dan kabel

termokopel tipe K

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 33: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

18

Gambar 33 Peralatan Penelitian (a) Tungku aluminium (b) Burner (c) Tangki

bahan bakar (d) Air compressor (e) Tabung gas elpiji (f) Digital thermometer

(e) (d)

(c) (a)

(f)

(b)

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 34: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

19

Gambar 34 Burner Set

332 Prinsip Kerja Alat Burner Set

Gambar 35 Skema Burner Set

Keterangan

1 Air compressor 8 Selang bahan bakar

2 Tangki bahan bakar 9 Pressure gauge udara

3 Vaporizing burner 10 Pressure gauge tangki bahan bakar

4 Tungku pembakaran 11 Pipa burner saluran udara

5 Katup udara 12 Pipa burner saluran bahan bakar

6 Katup bahan bakar 13 Selang udara menuju tangki bahan bakar

7 Selang udara 14 Nosel

Burner diperlihatkan secara skematis dalam gambar 35 Bahan bakar

minyak residu pada tangki (2) dipompa menggunakan air compressor (1)

menuju tangki bahan bakar setelah katup tangki dibuka bahan bakar akan

mengalir menuju selongsong burner yang akhirnya keluar melalui nosel (14) yang

terbuat dari logam kuningan (gambar 36) Tekanan bahan bakar dijaga konstan

sebesar 5 bar yang ditunjukkan pressure gauge (10)

Pemanasan awal (pre-heat) burner torch menggunakan elpiji selama

plusmn60 menit Api dari burner torch memanaskan selongsong yang sudah terisi

bahan bakar Selongsong ini berbentuk venturi yang berfungsi untuk ruang

4

1

2

3

5

6

9

12

11

7

8 13

14

10

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 35: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

20

atomisasi lanjut dan sebagai ruang pencampuran antara droplet bahan bakar

dan udara Udara dialirkan oleh pompa kompresor melalui pipa (7) dengan

pengaturan bukaan katup (5) Udara yang melewati celah venturi akan

mengalami peningkatan kecepatan dan akan mengatomisasi droplet menjadi

lebih kecil Droplet kecil akan bercampur dengan oksigen dan temperatur

panas di dalam burner torch akan membakar droplet menjadi nyala api

Atomisasi berlanjut setelah api melewati selongsong

Gambar 36 Nosel

34 Prosedur Penelitian

341 Langkah-Langkah Pengoperasian Alat Bakar

1 Rangkai peralatan penelitian yang terdiri dari tangki bahan bakar burner

set tungku dan alat ukur temperatur (digital termometer)

2 Nyalakan kompresor untuk mengalirkan udara ke tangki bahan bakar dan

udara menuju burner

3 Setelah tangki dan burner terisi dengan udara buka katup output dari tangki

bahan bakar sehingga selongsong burner terisi dengan bahan bakar

4 Preheating pada burner torch menggunakan alat pembakar berbahan bakar

LPG Pre-heating dilakukan dengan membakar bagian selongsong dalam

burner agar mencapai suhu 400 degC

5 Setelah mencapai suhu 400 degC buka katup output pada bahan bakar dan

udara menuju burner Kemudian sulut keluaran bahan bakar menggunakan

burner torch

6 Setelah plusmn 15 menit atau kondisinya stabil katup gas elpiji ditutup dan

pemanasan burner torch dilakukan oleh api dari hasil pembakaran bahan

bakar

7 Atur katup udara sesuai variasi tekanan udara yaitu 2 bar

8 Lakukan langkah 7 dan mengubah variasi kecepatan udara 3 bar 4 bar

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 36: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

21

dan 5 bar Kemudian catat data setiap variasi tekanan udara yang

meliputi panjang dan warna nyala api temperatur di dalam tungku waktu

pencairan dan konsumsi bahan bakar

9 Matikan peralatan setelah pengambilan data sudah selesai

342 Pengukuran Tekanan Udara

Tekanan udara diukur dan dapat dilihat pada pressure gauge udara

(gambar 35) Kran pada air compressor digunakan untuk mengubah variasi

tekanan yang ditentukan

343 Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara 2 3 4 dan 5 bar Bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tangki

bahan bakar diukur dengan gelas ukur dan dicatat volumenya Setelah proses

pengecoran selesai sisa bahan bakar diukur kembali dengan cara dituang

dalam gelas ukur kemudian dicari selisihnya untuk dicatat sebagai jumlah

bahan bakar yang diperlukan Data ini kemudian diolah untuk mengetahui

laju konsumsi bahan bakar terbakar tiap variasi tekanan udara dan dapat

digunakan sebagai perhitungan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

mencairkan aluminium

344 Pengukuran Panjang Nyala Api

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan nyala api yang

keluar dari burner Setiap variasi tekanan udara dicatat data panjang nyala

api pada kondisi tekanan bahan bakar konstan sebesar 5 bar Di samping

panjang nyala api juga diamati kestabilan nyala dan warna nyala api

345 Pengukuran Temperatur di Dalam Ruang Tungku Pencairan Logam

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer diletakkan pada dua titik di dalam

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 37: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

22

tungku yaitu di bawah ram (daerah A) dan di dekat pintu pengisian raw material

(daerah B) ditunjukkan (gambar 37)

Gambar 37 Tungku Pencairan Aluminium

Pengambilan data temperatur di dua titik tungku dilakukan secara

bergantian dimulai dari daerah A dimana ujung kabel termokopel

dimasukkan ke tungku dan setelah pembacaan digital thermometer stabil (plusmn 2

menit) dilanjutkan di daerah B Peletakan ujung kabel termokopel pada setiap

daerah tungku ditandai agar pengambilan data lainnya pada posisi yang sama

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara

lainnya

346 Pengukuran Waktu Pencairan Logam Aluminium di Dalam Tungku

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh

nyala api untuk menaikkan temperatur sekrap aluminium dari temperatur

lingkungan (33 degC) sampai aluminium seberat 10 kg dapat mencair seluruhnya

dimana titik lebur aluminium 660degC (Surdia 2000) Aluminium seberat 10

kg terdiri dari sekrap aluminium dengan berat masing-masing 1 kg

B

A

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 38: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

23

Aluminium cair akan mengalir melalui saluran yang berada pada dasar tungku

(gambar 38)

Gambar 38 Saluran Keluar Aluminium Cair

Perhitungan waktu menggunakan stop watch dimulai ketika nyala

api sudah menyala sampai aluminium mencair seluruhnya dapat dilihat pada

lubang pengintai yang terdapat di daerah A untuk memastikannya

Pengambilan data untuk setiap variasi tekanan udara dilakukan selang waktu

tertentu sampai temperatur tungku berkurang hingga mendekati temperatur awal

(temperatur lingkungan) sebelum dilanjutkan untuk variasi tekanan udara lainnya

agar diperoleh kondisi tungku yang sama atau mendekati

347 Pengukuran Debit Bahan Bakar

Pengukuran debit bahan bakar digunakan untuk menghitung AFRact

minyak residu Peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini adalah gelas ukur

dan stop watch Pengukuran dilakukan setelah burner set terangkai kemudian

tangki bahan bakar diatur tekanannya hingga mencapai 5 bar Setelah tekanannya

konstan katup bahan bakar dibuka kemudian diukur debit bahan bakar minyak

residu Pada saat katup bahan bakar terbuka katup udara dalam posisi tertutup

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 39: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

24

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

41 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Panjang Nyala Api

Pada tabel 41 menunjukkan profil nyala api meliputi panjang sifat dan

visualisasi nyala api

Tabel 41 Data Panjang Nyala Api di Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara (Bar)

Panjang Api

(m) Sifat Nyala Api Visualisasi Nyala Api

2

050

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

3 060

Banyak asap

nyala api tidak

stabil

4 070 Sedikit asap

nyala api stabil

5 0 Tidak terjadi

pembakaran

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 40: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

25

Proses pengukuran panjang nyala api dilakukan dengan alat penggaris

yang diletakkan di depan burner dengan posisi searah dengan api yang keluar dari

burner pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui jangkauan nyala api di dalam

tungku pencairan aluminium Semakin panjang nyala api maka jangkauan

terhadap logam yang dicairkan (aluminium) semakin baik Pada tekanan 2 bar

nyala api tidak stabil dan asap yang dihasilkan banyak dikarenakan proses

pembakaran tidak sempurna Tetapi pada tekanan 5 bar tidak menghasilkan nyala

api karena hanya udara yang keluar dari burner Hal ini disebabkan nosel yang

digunakan adalah nosel internal mixing Pada tekanan tersebut udara dan bahan

bakar mempunyai tekanan yang sama yang mengakibatkan terhambatnya aliran

bahan bakar keluar dari nosel

Pada tekanan 2 bar sifat nyala api tidak stabil dan panjang nyala api hanya

mencapai 050 meter hal ini dikarenakan tekanan udara yang rendah kurang dapat

mengatomisasi bahan bakar untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang

lebih kecil dan combustible yakni droplet yang tidak terbakar dan hanya

menimbulkan asap Hasil penelitian Koide dkk (1999) menunjukkan bahwa

kekurangan jumlah oksigen dengan jumlah bahan bakar dan tekanan udara

atomisasi konstan akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna ditunjukkan

semakin banyak asap yang terbentuk kandungan gas CO dan CO2 mengalami

peningkatan

Tekanan udara 4 bar menghasilkan karakteristik nyala api yang cukup baik

ditunjukkan dengan panjang nyala api mencapai 070 meter dan nyala api yang

stabil Hal ini terjadi karena tekanan udara yang dialirkan mampu mengatomisasi

bahan bakar cukup baik yakni ukuran droplet-nya lebih kecil dan dapat terbakar

sehingga jumlah droplet yang terbakar juga cukup banyak dan menghasilkan

nyala api yang stabil

42 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Waktu Pencairan Aluminium

Pengukuran ini didasarkan pada jumlah waktu yang dibutuhkan oleh nyala

api dari burner untuk mencairkan aluminium Pencatatan dimulai saat nyala api

dari burner stabil dan diarahkan ke aluminium seberat 10 kg di dalam tungku

sampai mencair seluruhnya

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 41: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

Tabel 42 Data Waktu Pencairan

Tekanan

Udara

(Bar)

Waktu Aluminium

Mulai Mencair

2 32 menit 19

3 26 menit 3 detik

4 21 menit

5 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

nyala api

Gambar 41 Grafik

0

10

20

30

40

50

Waktu Pencairan(menit)

l 42 Data Waktu Pencairan Aluminium

Aluminium

Mulai Mencair

Waktu Aluminium

Mencair Seluruhnya

Total Waktu

Aluminium

Mencair

32 menit 19 detik 12 menit 32 detik 44 menit 51

menit 3 detik 9 menit 45 detik 35 menit 48

menit 15 detik 7 menit 46 detik 29 menit 1

0 0 0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

mencapai temperatur lebur aluminium Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

disebabkan semakin tinggi variasi tekanan udara atomisasi droplet semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

Gambar 41 Grafik Waktu Pencairan Aluminium

4451

3548291

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

26

Total Waktu

Aluminium

Mencair

44 menit 51 detik

menit 48 detik

29 menit 1 detik

0

Tabel 42 menunjukkan pada tekanan udara 2 bar selama 30 menit

aluminium belum mencair Hal ini terjadi karena temperatur nyala api (tabel 44)

pada tekanan 2 bar kurang mampu menaikkan temperatur di dalam tungku untuk

Pada tabel 41 terlihat bahwa karakter

nyala api pada tekanan 2 bar mempunyai panjang 050 meter Hal ini

mengakibatkan jangkauan terhadap aluminium dalam tungku kurang maksimal

Semakin tinggi variasi tekanan udara semakin cepat waktu pencairan Hal ini

semakin baik

tetapi pada tekanan 5 bar tidak terjadi peleburan aluminium karena tidak terjadi

291

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 42: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

27

Gambar 41 menunjukkan grafik waktu aluminium mencair seluruhnya

Semakin tinggi variasi tekanan udara maka semakin cepat aluminium mencair

Terlihat pada grafik titik optimum aluminium mencair pada tekanan 4 bar yaitu

membutuhkan waktu 29 menit 1 detik

43 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Konsumsi Bahan Bakar

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar dilakukan dengan variasi tekanan

udara Volume bahan bakar yang terbakar dihitung dari selisih bahan bakar awal

dalam tangki bahan bakar dengan bahan bakar yang terbakar dan yang tidak

terbakar Pengukuran bahan bakar menggunakan gelas ukur

Tabel 43 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan

Udara

(Bar)

Volume Awal

Bahan Bakar

(liter)(x)

Volume Akhir

Bahan Bakar

(liter)(y)

Volume Tak

Terbakar

(liter)(z)

Volume Asumsi

Terbakar (liter)

= x-(y+z)

2 30 2045 03 925

3 30 231 02 67

4 30 235 0 65

5 30 30 0 0

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin tinggi variasi tekanan udara maka

volume yang dibutuhkan untuk proses pembakaran semakin sedikit hal ini

ditunjukkan pada volume bahan bakar yang tak terbakar Semakin tinggi variasi

tekanan udara volume yang tidak terbakar semakin kecil titik optimal ditunjukan

pada tekanan 4 bar yang tidak menghasilkan volume bahan bakar yang tidak

terbakar

Pada tekanan 2 bar volume tak terbakar 03 liter Hal ini disebabkan

karena tekanan udara yang rendah kurang dapat mengatomisasi bahan bakar

untuk bisa memecah droplet menjadi ukuran yang lebih kecil yang

mengakibatkan luas permukaan droplet yang kontak dengan udara relatif lebih

kecil Sehingga droplet yang tidak terbakar kembali membentuk cairan dan yang

tidak terbakar sempurna secara visual menjadi asap Bahan bakar yang tidak

terbakar ini nantinya keluar menuju tempat penampungan melalui saluran keluar

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 43: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udar

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

volume bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

mencair

Gambar 42 Grafik Volume Bahan Bakar

44 Pengaruh Tekanan Udara T

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dihubungkan dengan digital thermometer

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

0123456789

10

Volume Bahan Bakar (liter)

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

dicatat sebagai data volume bahan bakar tidak terbakar

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

menunjukkan terjadi pencampuran udara dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

2 Grafik Volume Bahan Bakar Terbakar

Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Temperatur di dalam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

digital thermometer dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperat

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

menambah jumlah (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi dengan bahan

bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

925

6765

2 3 4

Tekanan Udara (bar)

28

yang terdapat di bawah tungku Kemudian diukur menggunakan gelas ukur dan

Pada tekanan 4 bar tidak ada volume bahan bakar yang tidak terbakar Ini

a dan bahan bakar yang sesuai dan lebih

baik sehingga bahan bakar terbakar sempurna ditunjukkan dengan tidak adanya

bahan bakar yang terbakar mulai dari penyalaan awal sampai aluminium

alam Tungku

Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan kabel termokopel yang

dan diletakkan di dua titik ruang tungku

(lihat gambar 37) yaitu pada daerah A dan di atas tungku pencairan logam

(daerah B) Tabel 44 menunjukkan semakin variasi tekanan udara naik

temperatur yang dihasilkan juga meningkat Dengan ditunjukkan temperatur

maksimal 1345 degC di daerah A Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

tekanan udara maka atomisasi bahan bakar juga semakin baik dan mengakibatkan

temperatur pembakaran juga meningkat Meningkatnya debit udara akan

tungku yang akan bereaksi dengan bahan

65

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 44: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada

Temperatur

Tungku 2

Temperatur

Tungku

Daerah A

(degC)

1011

Temperatur

Tungku

Daerah B

(degC)

470

Tabel 44 menunjuk

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar

tekanan udara maka bahan bakar yang ter

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum d

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

tinggi Semakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara sem

Tabel 44 Data Temperatur Tungku pada Setiap Variasi Tekanan Udara

Tekanan Udara (bar)

2 3 4

1011

1210

1345

470

607

874

Tabel 44 menunjukkan temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345

daerah A pada tekanan 4 bar Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

udara maka bahan bakar yang teratomisasi akan semakin banyak

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

Gambar 43 menunjukkan bahwa secara umum distribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

semakin kecil variasi tekanan udara semakin rendah temperatur di daerah B

29

5

0

0

an temperatur di dalam tungku yang meningkat

seiring bertambahnya tekanan udara dan mencapai temperatur puncak 1345˚C di

Hal ini terjadi karena semakin bertambahnya

atomisasi akan semakin banyak dan

mengakibatkan temperatur pembakaran meningkat Meningkatnya debit udara

akan menambah jumlah udara (oksigen) di dalam tungku yang akan bereaksi

dengan bahan bakar sehingga akan meningkatkan temperatur pembakaran

istribusi temperatur di

dalam tungku yakni daerah A lebih baik dari daerah B Hal ini terjadi karena di

daerah A merupakan tempat utama yang kontak langsung dengan nyala api

(tempat reaksi pembakaran dan sumber panas) sehingga temperaturnya lebih

emakin besar variasi tekanan udara maka semakin besar temperatur yang

dihasilkan di daerah A dan B Daerah A merupakan tempat dimana logam

aluminium menetes setelah meleleh Daerah B merupakan ujung atas dari tungku

akin rendah temperatur di daerah B

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 45: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

30

karena panjang nyala api semakin pendek sehingga kurang dapat menjangkau

daerah B dengan baik

Gambar 43 Grafik Temperatur Ruang Tungku

45 Perhitungan AFRact (Air-Fuel Ratio Actual) dan Bilangan Reynolds

451 Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Debit udara diperoleh dengan mengatur volume udara yang dihembuskan

dari kompresor menuju pipa Debit udara didalam pipa tergantung pada kecepatan

udara (V) dan luas penampang pipa (A) dirumuskan seperti persamaan 27 Data

debit udara ditunjukkan pada tabel 45 dimana semakin bertambahnya variasi

tekanan udara maka debit udara yang dialirkan ke dalam pipa akan meningkat

karena debit udara berbanding lurus dengan tekanan udara

Tabel 45 Data Debit Udara dan Bilangan Reynolds

Tekanan

Udara

(bar)

Laju Aliran

Udara (V)

(ms)

Luas Penampang Pipa

(A) (Dpipa= 0015m)

(m2)(10-3)

Debit

Udara (V)

(m3s)(10-3)

Re

2 74 17 131 2013632

3 97 17 171 3515451

4 118 17 208 5342132

5 128 17 226 6950763

10111210

1345

470607

874

0200400600800

1000120014001600

2 3 4

Temperatur (degC)

Tekanan Udara (bar)

daerah A

daerah B

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 46: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

Grafik 44 Grafik Reynold

Bilangan Reynolds

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan ba

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

Re le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur

31degC=187x10-5kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunju

tekanan udara akan menaik

menunjukkan angka 2013632

diketahui bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjuk

di dalam pipa

452 Perhitungan Actual Air

Properties ρf = 92794

minyak residu = 09298

Teknik Kimia UGM) Persamaan

1998)

SGf = wrrf

09298 = 998

fr

2013632

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Reynolds Number

Reynolds Number sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

udara yakni 2 3 4 dan 5 bar Pada temperatur lingkungan 31 degC (

kgms)(Borman 1998) Tabel 45 menunjukkan peningka

tekanan udara akan menaikkan bilangan Reynolds Terlihat pada variasi tekanan 2

menunjukkan angka 2013632 sampai tekanan 5 bar (Re= 6950763) hal ini dapat

bahwa semua variasi tekanan yang diambil menunjukkan aliran turbulen

Actual Air-Fuel Ratio (AFR)act

= 92794 kgm3 diperoleh dari Spesific Grafity bahan bakar

(pengujian di Laboratorium Minyak Bumi jurusan

Persamaan Spesific Grafity sebagai berikut (Borman

2013632

3515451

5342132

6950763

2 3 4 5Tekanan Udara (bar)

31

sebagai Fungsi dan Variasi Tekanan udara

(Re) digunakan untuk menentukan aliran udara dalam

kondisi laminar atau turbulen (persamaan 25) Aliran turbulen membantu pada

kar dan udara sehingga akan dicapai

pembakaran sempurna Klasifikasi aliran fluida di dalam pipa untuk aliran laminar

le 2300dan aliran turbulen Re gt 2300 Pada penelitian ini digunakan tekanan

( microudara

kan peningkatan

ekanan 2

) hal ini dapat

an aliran turbulen

bahan bakar

jurusan

sebagai berikut (Borman

5

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 47: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

32

ρf = 92794 kgm3

dimana ρw = massa jenis air pada suhu 20˚C = 998 kgm3

Contoh perhitungan

Mencari ρa pada tekanan 2 bar menggunakan rumus gas ideal

P V = n R T

P = Vn

R T (n = Mrm

)

P = VMrm

R T (m= ρ V)

P = VMr

Vtimesr

R T

P = Mrr

R T

ρ = TR

MrtimestimesR

Dimana

Pgauge = 2 bar = 200 kPa = 200000 Pa = 197 atm

Pabs = Pgauge + Patm

Pabs = 197 atm + 1 atm

Pabs = 297 atm

T = 33 ˚C = 306 ˚K

Mr udara (O2 + 376 N2) = 288

R = 0082507 m3 atmmol ˚K

Maka ρ = 3060825070828972times

times

= 34 kgm3

ρ (udara pada tekanan 2 bar) = 34 kgm3

Untuk tekanan udara 2 bar kecepatan udara (V) = 74 ms

Ap = π x (075x10-2)2

= 17 x 10-3 m2

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 48: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

33

Va = Va x Ap

= 74 ms x (17x10-3) m2

= 131 x 10-3 m3s

ma = ρa x Va

= 34 kgm3 x (131x10-3) m3s

= 4454 x 10-3 kgs

Pada tekanan udara 2 bar V = 74 ms debit bahan bakar 踪 = 32x10-6 m3s

mf = ρf x Vf

= 92794 kgm3 x (32x10-6) m3s

= 296 x 10-3 kgs

AFRact = f

a

m

m

= 1504 1

Berdasarkan hasil perhitungan di atas perbandingan antara udara dan

bahan bakar pada pembakaran aktual untuk tekanan udara 2 bar adalah 1504 1

Jumlah udara sebesar 1504 kg ini merupakan udara yang mengalir dari

kompresor di dalam pipa (tidak termasuk dengan udara lingkungan) Untuk variasi

tekanan udara lainnya ditunjukkan pada tabel 46

Tabel 46 Perhitungan AFR actual dari Pembakaran Minyak Residu Setiap Variasi

Tekanan Udara

P

(bar)

Ap

(10-3)

(m2)

ρa

(kgm3)

Va

(10-3)

(m3s)

ma

(10-3)

(kgs)

Vf

(10-6)

(m3s)

ρf

(kgm3)

mf

(10-3)

(kgs)

AFRact

2 17 34 131 4454 32 92794 296 1504

3 17 451 171 7712 32 92794 296 2605

4 17 563 208 1172 32 92794 296 396

5 17 676 226 15286 0 92794 0 -

Tabel 46 menunjukkan bahwa meningkatnya variasi tekanan udara dan

kecepatan udara nilai AFRact juga semakin meningkat Hal ini terjadi karena

bertambahnya tekanan udara akan menaikkan massa jenis udara yang bercampur

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 49: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

34

dengan bahan bakar Semakin tinggi tekanan udara semakin tinggi pula laju

alirannya Meningkatnya laju aliran udara akan menaikkan pula nilai AFR (Al

Omari 2005)

Gambar 45 Grafik AFRact sebagai fungsi dari variasi tekanan udara

Grafik 45 menunjukkan semakin tinggi tekanan udara maka semakin

tinggi pula nilai AFRact Hal tersebut dikarenakan semakin tinggi tekanan udara

semakin tinggi pula kecepatan dan massa jenis udara akibatnya laju aliran massa

udara yang dihasilkan meningkat Pada tekanan 5 bar tidak mempunyai nilai

perbandingan udara dan bahan bakar (AFRact) karena pada tekanan 5 bar tidak

terjadi pencampuran udara dan bahan bakar

1504

2605

396

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2 3 4

AFRact

Tekanan Udara (bar)

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 50: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

35

35

BAB V

PENUTUP

51 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut

1 Peningkatan tekanan udara akan menambah massa jenis udara yang berakibat

pada naiknya nilai Air-Fuel-Ratio (AFR)act

2 Peningkatan AFRact menambah jumlah massa udara dan menaikkan

temperatur dalam tungku Temperatur optimum mencapai 1345 ˚C di daerah

pangkal tungku (daerah A) pada tekanan udara 4 bar

3 Peningkatan tekanan udara akan menambah panjang nyala api tetapi pada

tekanan 5 bar api tidak menyala Hal ini disebabkan karena pada tekanan

udara dan bahan bakar yang sama aliran bahan bakar dalam nosel terhalang

oleh aliran udara Profil nyala api yang paling baik terjadi pada tekanan 4 bar

dengan nyala api sepanjang 070 m berwarna putih kekuning-kuningan

4 Alumunium seberat 10 kg di dalam tungku pencairan logam dapat mencair

seluruhnya dalam waktu 291 menit pada tekanan udara 4 bar dengan

konsumsi bahan bakar keseluruhan 65 liter

52 Saran

1 Perlu didesain burner baru dengan sambungan las yang lebih kuat agar

burner lebih tahan terhadap tekanan udara dan bahan bakar serta panas yang

dihasilkan

2 Perlu didesain tungku pencairan logam agar fleksibel dalam penuangan logam

cairnya

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 51: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

DAFTAR PUSTAKA

Al Omari 2005 Used Lubrication Oil as a Fuel Supplement in Furnace Al-Ain

United Arab Emirates

Bala KC 2005 Design Analysis of an Electric Induction Furnace for Melting

Aluminium Scrap Mechanical Engineering Department Federal University of

Technology Minna Niger State Nigeria

Borman G L And Ragland KW 1998 Combustion Engineering New York

USA McGraw-Hill

Chengel Yunus and Michael Boles 1998 Thermodynamics An Engineering Approach

Highstown McGraw-Hill

Curtis A 2001 Assesment Of The Effect Of Cumbustion Waste Oil And Health Effect

Associated With The Use Of Waste Oil As a Dust Supresant USAWoodward-

ClydeLtd

Fox RW and McDonald A T 1998 Introductions to Fluid Mechanics New York

USAJhon Willey and Sons Inc

Incropera FP amp Dewitt DP 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer New

York USAJhon Wiley and Sons Inc

Istanto T dan Juwana W 2007 Bahan Perkuliahan Generator Uap edisi pertama

Koide K 1999 RampD on Central Heating System with Cracked Light Oil Fraction as the

main Fuel Petroleum Energy Center All Right Reserved1999C318

Muin S 1988 Pesawat-Pesawat Konversi Energi I JakartaCVRajawali

Sujono Rohmat TA 2002 Simulasi Numerik Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar

Cair pada Aliran Double Concentric Diffusion Jet Flame Dengan CFD

Supriyanto B 2007 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Pembakaran Oli Bekas

Menggunakan Atomizing Burner Untuk Peleburan Aluminium Skripsi S1 Teknik

Mesin FT UNS Surakarta

Surdia T 2000Teknologi Pengecoran Logam JakartaPraditya Paramitha

Wikipedia 2001 Increase Fuel Efficiency and Decrese Emissions with Atomizing and

Spray Technology

wwwbackyardmetalcastingcom

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom

Page 52: pengaruh tekanan udara terhadap sifat pembakaran minyak residu

wwwwikipediacom

wwwenergyefficiencyasiacom